乙醇直接噴射加汽油進(jìn)氣道噴射點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程研究.pdf

1、乙醇是一個(gè)被廣泛地用來(lái)應(yīng)對(duì)可持續(xù)性發(fā)展問(wèn)題的替代燃料。與汽油相比，乙醇有著諸多優(yōu)點(diǎn)，包括較高的氣化潛熱、較大的辛烷值、更快的層流火焰速度、以及較小的當(dāng)量空燃比。為了在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上比當(dāng)前的E10或E85更加靈活高效地利用乙醇燃料，提出了乙醇直接噴射加汽油進(jìn)氣道噴射（EDI+GPI：ethanol direct injection plus gasoline port injection）雙噴射概念，以便更加有效地利用乙醇燃料的優(yōu)點(diǎn)來(lái)增加

2、發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比和熱效率，同時(shí)避免 EDI冷啟動(dòng)困難等缺點(diǎn)。先前在一個(gè)單缸點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)展現(xiàn)出了EDI+GPI對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的改善，并推測(cè)乙醇燃料的優(yōu)點(diǎn)起到了很大的作用，包括由于較大的汽化潛熱帶來(lái)的冷卻效應(yīng)、較高的辛烷值帶來(lái)的抗爆震特性、以及較快的層流火焰速度帶來(lái)的高燃燒效率。本研究的目標(biāo)是通過(guò) CFD數(shù)值模擬、定容彈和發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)來(lái)深入理解 EDI+GPI雙噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣形成和燃燒過(guò)程機(jī)理。對(duì)EDI+GPI發(fā)動(dòng)機(jī)的噴霧燃燒過(guò)

3、程的透徹理解是十分重要的，這可以使得更加高效地在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上使用乙醇燃料，從而促進(jìn)生物燃料的利用和保護(hù)環(huán)境。
　　首先，使用高速陰影法成像技術(shù)研究了多孔噴油器的乙醇和汽油燃料的噴霧和蒸發(fā)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)飽和蒸氣壓小于30 kPa時(shí)，噴霧可被視為非蒸發(fā)噴霧。乙醇在低溫環(huán)境下比汽油蒸發(fā)的更慢，但是當(dāng)燃油溫度高于375 K時(shí)，它們達(dá)到了相似的蒸發(fā)速度。這意味著 EDI技術(shù)只應(yīng)該在高溫發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境下使用。對(duì)于乙醇和汽油噴霧，當(dāng)過(guò)熱度

4、小于4K時(shí)，其噴霧形態(tài)與過(guò)冷噴霧表現(xiàn)相似；過(guò)熱度為9K時(shí)，噴霧完全坍塌；直到過(guò)熱度達(dá)到14 K時(shí)，才發(fā)生閃急沸騰。燃油溫度不僅改變了噴霧蒸發(fā)模式，而且還改變了其油滴分裂機(jī)理。
　　然后，使用 CFD數(shù)值模擬研究了 EDI+GPI發(fā)動(dòng)機(jī)的噴霧燃燒特性。模擬結(jié)果顯示，由于乙醇燃料在燃燒前的低溫環(huán)境中蒸發(fā)緩慢，EDI+GPI雙噴射系統(tǒng)的燃燒過(guò)程是一個(gè)典型的部分預(yù)混合燃燒。在0％至58%之間，EDI的整體冷卻效應(yīng)隨著乙醇比例的增加而增大，

5、但進(jìn)一步增加乙醇比例并不會(huì)增加整體冷卻效應(yīng)。在乙醇比例高于58%后，會(huì)在燃燒過(guò)程中在燃燒室內(nèi)留下大量未蒸發(fā)的乙醇液滴，燃油碰壁現(xiàn)象變得嚴(yán)重，導(dǎo)致在近壁區(qū)域產(chǎn)生局部過(guò)度冷卻，以及火花塞間隙處的混合氣變得過(guò)于稀薄等問(wèn)題。其后果是產(chǎn)生不完全燃燒，從而使CO和HC排放增加。與GPI only相比，乙醇燃料較高的火焰速度使得EDI+GPI工況下的最大缸內(nèi)壓力高于GPI only工況，從而產(chǎn)生了較高的功率輸出和熱效率。同時(shí)，缸內(nèi)混合氣隨著乙醇比例的

6、增加而變稀。因此，當(dāng)乙醇比例在0％-58％范圍內(nèi)增加時(shí)，IMEP會(huì)隨之增加，而燃燒初始時(shí)間和主燃燒持續(xù)期降低。乙醇比例大于58％之后，燃燒性能會(huì)隨之惡化。實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，EDI+GPI發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效應(yīng)、熱效率、和排放性能可以在40%-60％的乙醇比例范圍內(nèi)達(dá)到最優(yōu)化。
　　最后，實(shí)驗(yàn)研究了提高乙醇燃油溫度對(duì)改善EDI+GPI發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能的潛力。結(jié)果表明，隨著乙醇燃油溫度的升高，IMEP會(huì)隨之輕微地降低，但是HC和CO排放